ผลของอัตราการทำความเย็นต่อข้อต่อแท่งบัดกรี

การควบคุมอัตราการทำความเย็นหลังจากการรีโฟลว์ไม่ใช่การพิจารณารอง แต่เป็นปัจจัยชี้ขาดในการกำหนดโครงสร้างจุลภาคขั้นสุดท้าย ความสมบูรณ์ของผิวสัมผัส และความน่าเชื่อถือในระยะยาวของข้อต่อ Solder Bar ทุกอัน เนื่องจากจลนศาสตร์ของการแข็งตัวจะควบคุมการแบ่งแยกเฟส การปรับแต่งเกรน และการเติบโตของสารประกอบระหว่างโลหะ (IMC) ที่ส่วนต่อประสานของทองแดงและการบัดกรี และการเบี่ยงเบนที่เล็กเพียง 1°C/s สามารถเปลี่ยนโหมดความล้มเหลวจากการแตกหักแบบเหนียวไปเป็นการแยกระหว่างผิวหน้าแบบเปราะภายใต้วงจรความร้อน

อัตราการทำความเย็นที่สูง ซึ่งโดยทั่วไปจะสูงกว่า 3°C/s สำหรับ Sn63Pb37 หรือ 2.5°C/s สำหรับ SAC305 จะยับยั้งการแพร่กระจายของอะตอมในระหว่างการแข็งตัว ส่งผลให้เครือข่ายเดนไดรต์ที่มี Sn-rich ละเอียดขึ้น ลดขนาดเกรน β-Sn หลักลง และความหนาของชั้นอินเตอร์เมทัลลิก Cu6Sn5 ที่แคบลง ซึ่งมักจะคงอยู่ต่ำกว่า 1.8 µm หลังการระบายความร้อนด้วยอากาศ เทียบกับมากกว่า 3.2 µm หลังจากการระบายความร้อนด้วยเตาเผา แต่ประโยชน์นี้มาพร้อมกับการเพิ่มขึ้น ความเค้นดึงตกค้างเนื่องจากการหดตัวที่แตกต่างกันระหว่างสารบัดกรีและซับสเตรต PCB ซึ่งเพิ่มความน่าจะเป็นของการเกิดรอยแตกขนาดเล็กใกล้กับขอบของแผ่นหรือภายในการบัดกรีจำนวนมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อรวมกับรอยเท้าของส่วนประกอบขนาดใหญ่หรือวัสดุที่ไม่ตรงกันของ CTE สูง เช่น FR-4

ในทางกลับกัน การระบายความร้อนที่ช้ากว่า 0.5°C/วินาที จะทำให้ใช้เวลานานกว่าอุณหภูมิยูเทคติก ส่งเสริมการเติบโตของ Cu6Sn5 ที่มากเกินไป และแม้แต่การก่อตัวของ Cu3Sn ที่ส่วนต่อประสานทองแดง โดยที่ความหนาของ IMC อาจเกิน 4.5 µm ภายในไม่กี่นาที ทำให้เกิดการเปราะและลดความต้านทานแรงเฉือนได้มากถึง 22% เมื่อเทียบกับตัวอย่างที่มีการระบายความร้อนอย่างเหมาะสม ขณะเดียวกันก็ทำให้การเกิดนิวเคลียสโมฆะ Kirkendall ที่ Cu/Cu6Sn5 ขอบเขตเนื่องจากฟลักซ์ Cu และ Sn ที่ไม่สมดุล โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการใช้งานที่มีกระแสสูงซึ่งการโยกย้ายด้วยไฟฟ้าจะเร่งการสะสมตำแหน่งว่าง

องค์ประกอบของโลหะผสมแท่งบัดกรีกำหนดหน้าต่างที่เหมาะสม: โลหะผสมที่ประกอบด้วย Pb ทนต่ออัตราที่ช้าลงเนื่องจากอุณหภูมิโซลิดัสที่ต่ำกว่าและช่วงของแป้งที่กว้างกว่า ในขณะที่สายพันธุ์ SAC ไร้สารตะกั่วต้องการการควบคุมที่เข้มงวดมากขึ้น เนื่องจากการไล่ระดับของเหลว-โซลิดัสที่ชันกว่าจะขยายความไวต่อการแยกตัวที่เกิดจากการทำความเย็น ตัวอย่างเช่น การจัดกลุ่ม Ag3Sn เฉพาะที่จะเกิดขึ้นพร้อมมากขึ้นภายใต้การทำความเย็นที่ไม่สม่ำเสมอ สร้างการกระจายความแข็งที่ต่างกันและเส้นทางรอยแตกเมื่อยล้าก่อนวัยอันควรในระหว่างการทดสอบการตกที่ระดับบอร์ด

รูปทรงข้อต่อจะปรับมวลความร้อนและประสิทธิภาพการสกัดความร้อนเพิ่มเติม ดังนั้นตัวต้านทาน 0805 ที่บัดกรีด้วยแถบเดียวกันจึงแสดงพฤติกรรมการระบายความร้อนที่มีประสิทธิภาพแตกต่างอย่างเห็นได้ชัดจากตัวเก็บประจุ 1206 หรือแพ็คเกจ QFN ที่มีจุดผ่านความร้อน ซึ่งหมายความว่าโปรไฟล์ทางลาดลงของเตาอบจะต้องได้รับการปรับเทียบตามตระกูลผลิตภัณฑ์ แทนที่จะใช้ทั่วโลก และการใช้หัวฉีดอากาศในระบบการไหลกลับแบบเลือกต้องมีการตรวจสอบความถูกต้องของเทอร์โมคัปเปิลแบบเรียลไทม์ที่ตำแหน่งข้อต่อจริง ไม่ใช่แค่บนพื้นผิวบอร์ด เพื่อหลีกเลี่ยงการอ่านค่าโดยเฉลี่ยที่ปกปิดซึ่งทำให้เข้าใจผิด ความร้อนสูงเกินไปหรือความเย็นต่ำเกินไป

ความสม่ำเสมอของการผลิตจะได้รับผลกระทบเมื่อปล่อยความเย็นทิ้งไว้โดยไม่ได้รับการตรวจสอบ เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิแวดล้อม ความเร็วสายพานลำเลียง หรือการไหลของการไล่ไนโตรเจนแบบทีละชุดทำให้อัตราประสิทธิผลเปลี่ยนแปลงโดยไม่กระตุ้นให้เกิดการแจ้งเตือน ซึ่งนำไปสู่การเสื่อมสภาพเล็กน้อยแต่สะสมในวงจรชีวิตด้วยความร้อน โดยที่ข้อต่อจากเส้นเดียวกันแสดงค่ามัธยฐานของรอบจนถึงความล้มเหลวตั้งแต่ 1,200 ถึง 2,900 ขึ้นอยู่กับว่าโซนหลังการไหลกลับเฉลี่ยอยู่ที่ 1.7°C/s หรือ 0.9°C/s ในสามกะติดต่อกัน

เครื่องมือสร้างโปรไฟล์ความร้อนจะต้องจับเทอร์โมคัปเปิ้ลอย่างน้อยสองตัวต่อข้อต่อที่สำคัญ โดยตัวหนึ่งอยู่บนส่วนปลายของส่วนประกอบ หนึ่งตัวบนแผ่นที่อยู่ติดกัน เพื่อแก้ไขการไล่ระดับเชิงพื้นที่ เนื่องจากความแตกต่างที่เกิน 4°C ในลูกบอล BGA ที่มีระยะพิทช์ 0.4 มม. เดียว บ่งชี้ถึงการแข็งตัวที่ไม่สม่ำเสมอซึ่งส่งเสริมการเติบโตของ IMC ที่ไม่สมมาตรและการกระจายความเค้นที่บิดเบี้ยว และข้อมูลดังกล่าวควรป้อนโดยตรงไปยังการปรับเตาอบแบบวงปิด แทนที่จะถูกเก็บถาวรเพื่อการตรวจสอบแบบออฟไลน์หลังจากที่ผลผลิตลดลงเท่านั้น

การวิเคราะห์การคืนสภาพภาคสนามจะติดตามรอยเปิดในวัยเด็กและกางเกงขาสั้นเป็นระยะๆ อย่างต่อเนื่องไปยังข้อบกพร่องที่เกี่ยวข้องกับการระบายความร้อน รวมถึงช่องว่างขนาดเล็กใต้แผ่นอิเล็กโทรดขนาดใหญ่ การหลุดร่อนของ IMC แบบเรียงเป็นแนวหลังการทำงานซ้ำ และสารตั้งต้นมัสสุ Sn ที่เกิดขึ้นระหว่างการจัดเก็บแบบระบายความร้อนช้า ซึ่งทั้งหมดนี้สามารถป้องกันได้ผ่านโปรโตคอลคุณสมบัติเฉพาะอัตรา ซึ่งรวมถึงหน้าตัด การทดสอบแรงเฉือน และการหมุนเวียนความร้อนแบบเร่งที่ −40°C ถึง +125°C โดยอาศัยเวลา 15 นาที